А

Q = в Pi = i

В этих формулах для простоты представления принято, что исходное вещество А входит во все стехиометрические уравнения со стехиометрическим коэффициентом Уд, = 1. Продукты, для которого определяют селективность и выход, образуются только в 1-м стехиометрическом уравнении и отсутствуют в исходной смеси (для них TV = 0).

Для сложных реакций вводятся следующие показатели.

Выход продукта - доля всего количества исходного вещества, превратившаяся в данный продукт Полагая, что А - исходное вещество, эффективность процесса по продукту R

g (r-Ro) Уа

В примере (5.5) Е^ = Ху - выход продукта R и степень превращения вещества А в первой частной реакции совпадают

Избирательность по продукту - доля превратившегося количества исходного вещества в данный продукт. Полагая, что А - исходное вещество, избирательность по продукту R

K-ro)va В примере (5.5) = х^/х.

Для простой реакции = 1 и для любого /-го продукта Е^ = х. Для сложной реакции Е^ = Sx.

Таким образом, задавая степени превращения х^ исходного вещества А во всех стехиометрических уравнениях сложной реакции, можно определить количества N. всех компонентов в прореагировавшей смеси, их концентрации С, (молярные доли), парциальные давления р. (в газе), выход продуктов Е^ и селективность процесса по продуктам Sf.

С с

с>с:

(5.8)

Концентрации компонентов можно записать в виде их зависимости от степени превращения, используя уравнения (5.6а) или (5.66). Подставив их в формулу (5.8), находим значения равновесной степени превращения х^ и затем из тех же уравнений (5.6а) или (5.66) - равновесные концентрации всех компонентов.

Многостадийные превращения. В ряде случаев необходимо получить материальный баланс подсистемы и даже ХТС в целом, где протекает последовательно ряд превращений. Рассмотрим пример производства азотной кислоты, для которого надо составить материальный баланс. В химико-технологическом процессе протекают следующие реакции:

окисления аммиака (полагаем, что NH3 полностью окисляется до N0)

4NH3 + 5О2 = 4N0 + 6Н2О; (5.7а) окисление оксида азота

2N0 + 02 = 2NO2; (5.76) хемосорбция оксида азота

3N02 + Н2О = 2HNO3 + N0. (5.7в)

В абсорбционную колонну подается кислород, и образующийся оксид азота повторно окисляется до NOj по реакции (5.76).

Таким образом, образование азотной кислоты представлено стехиометрическими уравнениями (5.7а-в). Умножим первое из них на 1, второе - на 3, третье - на 2 и сложим их. Получим суммарное стехиометрическое уравнение (брутто-уравнение) образования азотной кислоты

4NH3 + 8О2 = 4HNO3 + 4Н2О.

Конечно, такая реакция неизвестна, но это стехиометрическое уравнение позволит получить материальный баланс по всему производству азотной кислоты без детализации превращений по стадиям процесса.

Равновесные химические превращения. Для балансовых расчетов может быть принято, что реакция протекает до равновесия. Тогда задается температура для такой равновесной смеси. Следовательно, известна константа равновесия Ар, связанная с равновесными концентрациями веществ уравнением равновесия

Ур .... tp ,

где АЛ, - количество прореагировавшего исходного вещества или образовавшегося продукта.

Если задана степень превращения вещества А, общее количество теплоты от химической реакции:

для простой реакции

ист = (ерАА)Ал; (5-9)

для сложной реакции

2ист = 2:[(ер,.Лд)Л^доХд.

При протекании в системе физических процессов, связанных с тепловыми явлениями (испарение, конденсация, плавление, сублимация, растворение):

ист = Д^/<2фп

где ДС. - масса /-го компонента, изменившего свое фазовое состояние; - удельная теплота фазового превращения.

Изменение температуры потока вследствие протекания химического превращения

ДГ= /(ССр), где G - масса потока; Ср - его теплоемкость.

5.1.2. Тепловой баланс при химическом превращении

Количество теплоты, выделившейся или поглощенной при протекании реакции, определяется тепловым эффектом реакции или изменением энтальпии реакции ДЯр, причем = -Н^. Теплоту химической реакции рассчитывают исходя из термохимического уравнения, в котором Qp является тепловым эффектом реакции:

VaA + VbB + ... = VrR + VsS + ... + Qp.

В литературе тепловой эффект обычно отнесен к стехиометрии реакции. Тогда вьщелившееся общее количество теплоты в простой реакции